第11課：物理學(xué)的重大進(jìn)展（一）教學(xué)目標(biāo)一、課標(biāo)要求了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。 知道相對(duì)論、 量子論的的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其意義。二、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知識(shí)與能力了解經(jīng)典力學(xué)、 相對(duì)論、 量子論的主要內(nèi)容， 理解它們近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位和重要意義，提高分析歷史問(wèn)題的能力。2．過(guò)程與方法A補(bǔ)充相關(guān)材料，分析 16世紀(jì)中期以后科學(xué)發(fā)展的背景，了解伽利略和牛頓在物理學(xué)發(fā)展上的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容。初步掌握用探究的方法得出“經(jīng)典力學(xué)逐步發(fā)展的理論層次和重要內(nèi)容” 。B依據(jù)教材 56頁(yè)“學(xué)思之窗”的內(nèi)容，分析相對(duì)論的重要內(nèi)容，掌握觀察閱讀、獲取信息的學(xué)習(xí)方法。C通過(guò)對(duì)經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論、量子論三大理論的學(xué)習(xí)，歸納它們近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位和重要意義，提高分析歷史問(wèn)題的能力。3．情感態(tài)度價(jià)值觀使學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)真理需要勇于探索、 執(zhí)著追求的精神。得出“人類對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)是不斷深入”的結(jié)論。三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：經(jīng)典力學(xué)改變了自古代中世紀(jì)以來(lái)人們的認(rèn)識(shí)論和方法論；相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中； 量子論與相對(duì)論一起， 構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。 認(rèn)清它們之間的關(guān)系，有利于了解近代物理學(xué)的發(fā)展歷程。難點(diǎn)：認(rèn)清經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論、量子論之間的關(guān)系，加深對(duì)其作用或意義的理解。（二）教學(xué)過(guò)程【導(dǎo)入新課】引導(dǎo)學(xué)生回憶中國(guó)古代科技發(fā)展的特點(diǎn)。A在科技內(nèi)容上：應(yīng)用性強(qiáng)，但對(duì)事物發(fā)展規(guī)律的探索不夠；B在研究方法上：主要是典籍整理和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，缺少實(shí)驗(yàn)；C在科技使用上：主要服務(wù)于農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要；D在分布上看：主要集中分布在與農(nóng)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)的農(nóng)學(xué)、天文歷法、數(shù)學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?！局v授新課】一、經(jīng)典力學(xué)1、產(chǎn)生的背景A14世紀(jì)以后，伴隨歐洲資本主義的萌芽，新興的資產(chǎn)階級(jí)在經(jīng)濟(jì)上和政治上對(duì)自然科學(xué)產(chǎn)生了迫切的需要。B文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)解放了人們的思想，推動(dòng)了自然科學(xué)研究。C伽利略的研究成果，為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。希臘學(xué)者亞里士多德認(rèn)為地球上的物體運(yùn)動(dòng)有天然運(yùn)動(dòng)和受迫運(yùn)動(dòng)。 他認(rèn)為物體的受迫運(yùn)動(dòng)是推動(dòng)者加于被推動(dòng)者的，推動(dòng)者一旦停止推動(dòng)，運(yùn)動(dòng)就會(huì)立即停止。16世紀(jì)末17世紀(jì)初，隨著文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)展和人的思想解放， 意大利科學(xué)家伽利略認(rèn)為研究自然界必須進(jìn)行系統(tǒng)的觀察和實(shí)驗(yàn)。他將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)研究，并強(qiáng)調(diào)追究事物之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。????■■■■■■■■■■■通1590年的一天，26歲的伽利略為了證實(shí)自己論斷的正確，他來(lái)到比薩斜塔的七層陽(yáng)臺(tái)上，將一個(gè)約4.5千克重的石塊和約0.45千克重的小石塊同時(shí)放下，結(jié)果兩石塊同時(shí)落地。 1604年，伽利略在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：物體下落時(shí)的距離與所用時(shí)間的平方成正比， 而物體下落的速度與物體的重量無(wú)關(guān)，這就是著名的落體定律。他還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了勻速運(yùn)動(dòng)定律和勻加速運(yùn)動(dòng)定律。伽利略的研究表明，外力并不是維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而只是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。這是對(duì)古希臘哲學(xué)家亞里士多德以來(lái)有關(guān)運(yùn)動(dòng)觀念的重大變革， 為經(jīng)典力學(xué)的建立奠定基礎(chǔ)。 他的發(fā)現(xiàn)以及他開(kāi)始的科學(xué)研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端?！練v史縱橫】簡(jiǎn)要介紹天文學(xué)的發(fā)展歷程公元前4世紀(jì)，亞里士多德創(chuàng)立了“地心說(shuō)”。中世紀(jì)流行的天文學(xué)觀點(diǎn)是托勒密的“地球中心說(shuō)”，它認(rèn)為地球是宇宙的中央，日月星辰都圍繞地球運(yùn)行。這些恰好迎合了基督教義， 便被基督教用來(lái)維護(hù)圣經(jīng)學(xué)說(shuō)?！妒ソ?jīng)》宣揚(yáng)，宇宙和地球都是上帝耶和華創(chuàng)造的，地球不動(dòng)位居宇宙中心，圣地耶路撒冷位居大地中央， 人類是神的驕子，宇宙間的萬(wàn)物都是神為了滿足人的需要?jiǎng)?chuàng)造出來(lái)的……于是，托勒密的“地心說(shuō)”成了圣經(jīng)，天文學(xué)成了宗教的奴婢，這種狀況一直延續(xù)到哥白尼時(shí)代。文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)時(shí)期波蘭科學(xué)家哥白尼在 1543年提出“太陽(yáng)中心說(shuō)”，并寫成《天體運(yùn)行論》。他提出太陽(yáng)是宇宙的中心， 地球不過(guò)是圍繞太陽(yáng)運(yùn)行并能自轉(zhuǎn)的一顆普通行星而已。 這就揭穿了所謂“上帝賦予地球特殊地位”的說(shuō)法，摧毀了上帝創(chuàng)造世界的謬論；引起了中世紀(jì)宇宙觀的徹底革命，■■■■■■■■■?■■??，沉重打擊了封建教會(huì)的神權(quán)統(tǒng)治。 1569年伽利略用自創(chuàng)的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面有高山深谷，并不是以前人們所說(shuō)的月球表面是光滑的； 木星有四顆衛(wèi)星，很相似于行星繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)， 他看到銀河是由無(wú)數(shù)恒星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現(xiàn)象。 1632年伽利略出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》 ?！厩楦信囵B(yǎng)】投影教材中的圖片《伽利略面對(duì)教會(huì)的審判》伽利略在科學(xué)領(lǐng)域里的重大成就，激怒了羅馬教皇及其信徒們，當(dāng)伽利略寫了《關(guān)于兩種世界體系對(duì)話》這篇科學(xué)巨著后，教會(huì)終于露出了猙獰面目，把伽利略投入了監(jiān)獄。教皇烏爾班八世的御用工具一一宗教裁判所在 1633年6月21日宣布對(duì)伽利略的判決：“我們判決你在宗教法庭監(jiān)獄內(nèi)服刑，刑期由我們掌握，為了有益于補(bǔ)贖，命令你在今后 3年內(nèi)，每周背誦7篇贖罪詩(shī)篇……”這一紙胡言，竟使伽利略蒙冤 300多年，至死都沒(méi)有撤銷判決，甚至死后還被禁止舉行殯禮，不準(zhǔn)葬入圣太克羅斯墓地。2、牛頓力學(xué)體系的產(chǎn)生【史海蕩舟】牛頓生平介紹牛頓（1642—1727）是著名的英國(guó)科學(xué)家，在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等許多方面作出了卓越的貢獻(xiàn)。牛頓出生于英國(guó)的林肯郡， 1665年（23歲）畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。三年后（26歲）又獲得文學(xué)碩士學(xué)位。 1669年（27歲），開(kāi)始擔(dān)任三一學(xué)院的教授。牛頓最突出的貢獻(xiàn)是在力學(xué)方面，他在前人的研究基礎(chǔ)上， 總結(jié)出了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本定律，還發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。在光學(xué)方面，牛頓也作出了巨大貢獻(xiàn)。他在1666年用三棱鏡分析日光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長(zhǎng)的光構(gòu)成的，奠定了光譜分析的基礎(chǔ)，制作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學(xué)》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說(shuō)”。同時(shí)，他在熱學(xué)方面也有研究成果，確定了冷卻定律，這一定律表明：當(dāng)物體表面與周圍存在溫度差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫度差成正比。在數(shù)學(xué)方面，他與萊布尼茲幾乎同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)，同時(shí)，他還在前人研究基礎(chǔ)上，建立了二項(xiàng)式定理。 在天文學(xué)領(lǐng)域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，初步考察了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；他還解釋了潮汐現(xiàn)象，并預(yù)言地球不是正球體，并由此說(shuō)明了歲差現(xiàn)象。 1687年，他發(fā)表了著名的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》一書，用數(shù)學(xué)方式解釋了哥白尼的學(xué)說(shuō)和天體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，闡明了機(jī)械運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律等。 在哲學(xué)思想上，牛頓認(rèn)為時(shí)間、空間是客觀存在的，但同時(shí)也認(rèn)為時(shí)間和空間同運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)是脫離的， 相互之間沒(méi)有必然的聯(lián)系， 進(jìn)而提出了所謂的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念。牛頓曾經(jīng)長(zhǎng)期擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)， 他還擔(dān)任過(guò)英國(guó)議會(huì)議員，被授予爵士稱號(hào)。1727年病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽(yù)。標(biāo)志：1687年牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，提出物體運(yùn)動(dòng)三大定律（慣性定律、比例定律、作用與反作用定律）和萬(wàn)有引力定律。特點(diǎn)：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。經(jīng)典力學(xué)最顯著的特征之一就是注重實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步揭示客觀現(xiàn)象和過(guò)程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系， 并由此得出重要的結(jié)論。另一個(gè)顯著特征是它的數(shù)學(xué)化，這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。 自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們深信不疑的真理。意義：A具有科學(xué)性和預(yù)見(jiàn)性。牛頓力學(xué)體系對(duì)解釋和預(yù)見(jiàn)物理現(xiàn)象具有決定性意義，根據(jù)牛頓力學(xué)體系，人們發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星。B把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個(gè)基本的力學(xué)體系之中，正確地反映了 宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的一次大綜合，是人類認(rèn)識(shí)自然界的一次大飛躍。C局限性：建立在日常生活中常見(jiàn)的低速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)之上 ，認(rèn)為存在絕對(duì)靜止和絕對(duì)時(shí)間，然而，隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，物理學(xué)出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象，無(wú)法用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，這使其陷入危機(jī)，面臨著挑戰(zhàn)。D標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。【探究學(xué)習(xí)】引導(dǎo)學(xué)生比較中國(guó)古代的傳統(tǒng)科技與西方的近代科學(xué)的主要區(qū)別。提示：主要從研究?jī)?nèi)容與研究方法上進(jìn)行比較。二、相對(duì)論的創(chuàng)立1、歷史背景：19世紀(jì)末出現(xiàn)了“物理學(xué)危機(jī)”19世紀(jì)末，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個(gè)重大事件，這就是X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)事實(shí)使得原子不可分、 不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動(dòng)搖。 物理學(xué)家們?cè)J(rèn)為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系，從根本上出現(xiàn)了動(dòng)搖，這就是所謂的“物理學(xué)危機(jī)” 。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是人們?nèi)粘Ｉ钪幸子诶斫獾暮暧^世界， 三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒(méi)有直接經(jīng)驗(yàn)的微觀現(xiàn)象，這表明人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)已經(jīng)深入了一個(gè)層次。物理學(xué)的“危機(jī)”沒(méi)有嚇倒大多數(shù)物理學(xué)家，他們繼續(xù)向前探索，于是產(chǎn)生了以量子論和相對(duì)論的建立為標(biāo)志的物理學(xué)革命，物理學(xué)從此開(kāi)辟了新的天地。2、相對(duì)論的主要內(nèi)容：狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論認(rèn)為，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度增大而增加，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)的變化而變化，即會(huì)發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。廣義相對(duì)論認(rèn)為， 空間和時(shí)間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況， 也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)?！鹃_(kāi)闊視野】相對(duì)論與我們的生活狹義相對(duì)論最著名的推論是質(zhì)能公式， 它可以用來(lái)計(jì)算核反應(yīng)過(guò)程中所釋放的能量， 并導(dǎo)致了原子彈的誕生。而廣義相對(duì)論所預(yù)言的黑洞，也相繼被天文觀測(cè)所證實(shí)。愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論， 在我們的日常生活中是很難理解的， 因?yàn)槲覀內(nèi)粘＝佑|的都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速的運(yùn)動(dòng)，根本無(wú)法察覺(jué)到愛(ài)因斯坦相對(duì)論所描述的相對(duì)論效應(yīng)：長(zhǎng)度變短、時(shí)鐘變慢。但如果接近光速的運(yùn)動(dòng)能變成現(xiàn)實(shí)的話， 會(huì)出現(xiàn)這樣的景象： 一個(gè)人坐上接近光速的火箭高去作星際航行。一年后他回來(lái)了，發(fā)現(xiàn)兒子已經(jīng)是白發(fā)蒼蒼的老人，而自己還是那樣年輕。中國(guó)古代傳說(shuō)中的“天上方一日，人間已一年”就可用相對(duì)論得到解釋。3、意義A物理學(xué)思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗(yàn)建立起來(lái)的時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性，即：揭示了時(shí)空的可變性、時(shí)空變化的聯(lián)系性，樹立了新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽(yù)為 20世紀(jì)人類思想史上最偉大的成就之一。B愛(ài)因斯坦的相對(duì)論也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度?！咎骄繉W(xué)習(xí)】閱讀 P56【學(xué)思之窗】 ，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣評(píng)價(jià)牛頓和愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn)？并進(jìn)一步說(shuō)明相對(duì)論與牛頓力學(xué)的關(guān)系。貢獻(xiàn)：牛頓確立了萬(wàn)有引力定律和運(yùn)動(dòng)三定律，之后光學(xué)、電磁學(xué)等與力學(xué)進(jìn)一步統(tǒng)一，大大推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展，牛頓力學(xué)研究的是宏觀世界。愛(ài)因斯坦打破了牛頓以來(lái)傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀，發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。但并非全盤否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的關(guān)系：相對(duì)論打破了牛頓以來(lái)傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀，但并非全盤否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律， 而狹義相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律， 是對(duì)牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對(duì)論的一種特例(物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)) ，包括在相對(duì)論體系中?！臼泛Ｊ幹邸繍?ài)因斯坦生平介紹艾伯特?愛(ài)因斯坦(1879—1955),美籍德國(guó)物理學(xué)家。1879年3月14日誕生在德國(guó)烏爾姆的一個(gè)猶太人家中。 1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學(xué)。 1901年入瑞士國(guó)籍。 1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1933年，因受納粹迫害，移居美國(guó)。 1940年入美國(guó)國(guó)籍。 1955年4月18日因主動(dòng)脈瘤破裂逝世于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃告，不舉行公開(kāi)葬禮，不建墳?zāi)?，不立紀(jì)念碑?；鸹瘯r(shí)按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及所有音樂(lè)典禮。骨灰撒在永遠(yuǎn)對(duì)人保密的地方，為的是不使任何地方成為圣地。 他的主治醫(yī)生賀維博士認(rèn)為如此偉大的大腦，應(yīng)該進(jìn)行研究， 所以他便把愛(ài)因斯坦的大腦保留了下來(lái)，并切成 200片帶走。但至今沒(méi)有結(jié)論……三、量子論的誕生與發(fā)展1、誕生的歷史背景A19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開(kāi)了原子的大門，使人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部。B大量的實(shí)驗(yàn)表明，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不能用通常的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行描述。2、誕生與發(fā)展1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出量子假說(shuō)，宣告了量子論的誕生。普朗克并由此而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 愛(ài)因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)， 進(jìn)一步推動(dòng)了量子論的發(fā)展。丹麥物理學(xué)家玻爾把量子論用于原子結(jié)構(gòu)的研究，創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)的理論。 20世紀(jì)30年代，經(jīng)過(guò)眾多科學(xué)家的努力量子力學(xué)最終建立。量子力學(xué)是研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦，電視，手機(jī)到核能，航天，生物技術(shù)，幾乎沒(méi)有哪個(gè)領(lǐng)域不依賴于量子論。 量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子物理學(xué)， 指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。3、影響A量子論使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)取得革命性的進(jìn)步，成為 20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。B量子論與相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代